京杭運河特大橋鋼管拱混凝土頂升灌注施工技術

陳彥發

中鐵十一局集團有限公司投資公司，湖北 武漢 430000

1 工程概況

京杭運河特大橋中心里程為DK173+495.13，起訖里程為DK171+858.48和DK175+131.78，橋梁全長3273.30m?？缭骄┖歼\河的主橋為62m+132m+62m預應力連續梁和中孔鋼管混凝土加勁拱組合結構體系，并將簡支梁橋作為引橋。

連續梁拱組合結構橋的基礎施工工藝在已有施工經驗的基礎上創新性地改變了梁、拱部分的施工順序；主橋鋼管梁拱軸線采用二次拋物線，拱肋計算跨度為132m，計算矢高為22m，矢跨比為1/6。拱肋于拱頂設置最大0.088m的預拱度，施工矢高為22.088m，拱肋在具體施工過程中通過將施工拱軸線進行制作和拼裝完成。

在4根主拱肋鋼管和腹腔內灌注C50微膨脹混凝土，其跨度為132m，鋼管外徑為1000mm，管內需要灌注C50混凝土共計508m3，分8次灌完。混凝土采用從底部向高處直接頂進的方法施工。鋼管拱布置圖如圖1所示。

圖1 鋼管拱布置圖

2 試驗論證

利用現場已有的Φ600mm鋼管模擬Φ1000mm的鋼管拱肋，在鋼管內焊接吊桿內部構件，從下至上將混凝土泵送到鋼管內，混凝土由上端溢出，測量整個過程中混凝土的坍損、含氣量以及混凝土流動性、和易性情況。試驗結果表明，泵送后從鋼管中放出來的混凝土和易性、流動性均較好，含氣量滿足要求，但是坍落度不宜過大，控制在220～230mm為宜；現場配置的輸送泵泵送時壓力始終保持在14MPa左右；混凝土泵送前要加大水泥漿用量；出漿口不宜接彎管和太長的管道；在混凝土要到達鋼管頂部時，要放慢泵送速度[1]。

3 鋼管拱肋混凝土灌注施工工藝

（1）按比例配置C50微膨脹混凝土。原材料為水泥、細骨料、粗骨料等，并準備拌和設備、運輸設備和混凝土澆筑設備，將施工作業人員分為混凝土攪拌運輸和混凝土泵送澆筑兩個施工班組，制訂工作計劃表和安全管理制度與措施，在施工前對人員再進行一次作業和安全培訓，確保工程安全有序推進。

（2）施工方案。以拱頂為對稱線兩半跨對稱加載，以橋軸線為對稱線上下游肋不同時段交替加載。主拱肋鋼管混凝土要求單管對稱泵送灌注，管內混凝土長度差不大于2m，并在混凝土初凝時間內泵送到頂。施工采取兩肋共4根鋼管和2道腹板依序逐一灌注。4根鋼管拱肋在頂部設有隔倉，每半截鋼管拱分別在底端設進漿口，在頂端設出漿口；腹板采用二級泵送方式，在腹板的1/2和1/4處均設有隔倉，在隔倉附近處設置進漿口和出漿口。

（3）灌注順序。鋼管拱肋混凝土灌注順序如圖2所示。此部分的整體施工可以分8次完成，灌注一根弦管約需3～ 4h。

圖2 鋼管拱肋混凝土灌注順序圖

（4）施工準備。①原材料。原材料包括水泥、石子、砂及外摻劑，保證數量充足，干凈、干燥，并堆放在指定操作地點，方便施工作業。②設備。在主橋墩兩側分別設置三一重工（HBT80C-2122Ⅲ型）混凝土輸送泵1臺并配備Φ125mm的高壓輸送泵管，再額外準備一臺輸送泵備用，確保施工數據滿足理論上的出口壓力值為14～22MPa，排量值的變化控制在50～85m3/h。

（5）進料管和排漿管準備。分別在單根拱肋鋼管兩側拱腳位置安排一處進料管，必須保證進料管放置在弦鋼管頂面或側面且和拱肋鋼管軸線夾角約為30°，其安裝示意圖如圖3所示。

圖3 安裝示意圖

（6）輸送管準備。在裝設輸送管時，首先確保輸送管數量、型號滿足施工要求，然后確定泵管上弦壓注口的安裝位置在鋼管拱腳近側，而下弦壓注口要與弦管保持水平位置相接，管道位置確定之后選擇用槽鋼固定，檢查管道接頭處的膠墊圈安裝和密封程度符合安全施工標準和要求。管道整體布設完成后，需要為管道設置足夠的支點和懸掛點。

（7）輸送泵泵送能力計算?，F場采用三一重工（HBT 80C-2122Ⅲ型）拖式混凝土泵，輸送泵管布置了4根彎管（彎度90°、半徑R=1000mm），2根彎管（彎度45°、半徑R=1000mm）的彎管，1根長55m的水平管，1根長30m的豎直管，最高泵送高度為40m?；炷帘盟退鑹毫包含三個部分：混凝土在管道內流動的沿程壓力損失P1，混凝土經過彎管的局部壓力損失P2，垂直段壓力損失P3。

第一，計算水平泵送沿程壓力損失P1的經驗公式為

式中：ΔPl為單位長度的沿程壓力損失；l為水平管道總長度，l=55m；k1為黏著系數，k1=（3-0.1S）×100Pa，S為坍落度，S=23cm，則k1=（3-0.1×23）×100=70Pa；d為混凝土輸送管直徑，按Φ125mm計算；k2為速度系數，k2=170Pa/（m·s）；為混凝土泵分配閥切換時間與活塞推壓混凝土時間之比，約為0.2～0.3；V2為混凝土在管道內的流速，當排量達50m3/h時，約為0.82m/s；α2為徑向壓力與軸向壓力之比，約為0.9。由此可得，P1=4÷125×[70+170×（1+0.2）×0.82]×0.9×55=0.375MPa。

第二，計算通過彎管產生的局部壓力損失P2。布置4根彎管（彎度90°、半徑R=1000mm），2根（彎度45°、半徑R=1000mm）的彎管（相當于一個彎度90°、半徑R=1000mm的彎頭），P2=5×0.2=1.0MPa，即每根彎管的壓力損失為0.2MPa。

第三，垂直方向壓力損失P3=ρgh=2500×10×40=1000000Pa=1MPa，其中ρ為混凝土的密度，ρ=2500kg/m3。

第四，泵送沿程損失所需的總壓力P理=P1+P2+P3=0.375+1+1=2.375MPa，通過對既往類似施工經驗的總結可知，混凝土泵送阻力約為普通C30混凝土泵送阻力的2倍，則P實=2P理=2×2.375=4.75MPa＜22MPa-14MPa。

（8）鋼管拱肋混凝土灌注。①泵送高標號的水泥漿。②泵送C50微膨脹混凝土。輸送泵位于主墩側面，泵送時應盡量遠離拱肋壓注口，并根據施工情況適當延長管道長度。整體的混凝土泵送過程中應該保證從運送到輸送至料斗再通過管道泵送施工，當混凝土噴出后應停止后續作業，利用工具插打截止閥，封閉出氣口，清洗輸送泵，至此，整個混凝土泵送過程結束。③作業后需對輸送泵管等設備進行分解、拆洗，待混凝土停止出水后，將進料管隔斷，用鋼板將排漿、壓注口等進行嚴密封堵，避免產生因雨水進入而出現與混凝土發生碳化反應的問題[2-3]。

4 工程檢測與驗收

鋼管拱肋混凝土澆筑實測項目如表1所示。

表1 鋼管拱肋混凝土澆筑實測項目表

5 結束語

綜上所述，施工前按照具體數據和方法所進行的鋼管拱混凝土頂升施工試驗為京杭運河特大橋的鋼管拱混凝土頂升灌注施工提供了高質量的技術準備，有利于具體作業的順利進行。后續類似工程施工方也可利用此方法對各自負責的項目進行前期的技術鋪墊，并在施工完成后通過技術交底等方式保證后期工程項目運營維護的順利開展，為延長工程的使用壽命提供技術保障。